(57)【要約】【課題】放熱用ファンと凝縮器などの放熱器との間に、送風むらをなくす距離を保持できながら、機器全体をコンパクトにまとめることのできる半導体装置の冷却装置を提供する。【解決手段】凝縮器３と放熱用ファン４との間に空間を形成するダクト６を設け、このダクト６内の空間に冷媒ポンプ５を収納した。このように、凝縮器３と放熱用ファン４との間にダクト６を設けたことにより、凝縮器３に対して送風むらを生じることなく送風できて凝縮器３での熱効率を向上させることができ、さらに、ダクト６内に冷媒ポンプ５を収納したことにより、機器全体の設置スペースを少なくすることができてコンパクトにまとめることができる。【選択図】    図１
2005019903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器に送風して放熱器を冷却する放熱用ファンと、前記吸熱器と放熱器との間を接続して冷媒の閉回路を構成する冷媒移送管と、前記閉回路に介装されて冷媒を送る冷媒ポンプとを備えた半導体装置の冷却装置であって、
前記放熱器と前記放熱用ファンとの間に空間を形成するように配置させた状態で放熱用ファンからの送風空気を放熱器へ導くダクトを設け、
前記ダクト内に、前記吸熱器以外の構成部品を収納したことを特徴とする半導体装置の冷却装置。
【請求項２】
半導体装置に熱結合されて冷媒に吸熱させる吸熱器と、この吸熱器にて吸熱を行った冷媒を導き放熱させる放熱器と、この放熱器に送風して放熱器を冷却する放熱用ファンと、前記吸熱器と放熱器との間を接続して冷媒の閉回路を構成する冷媒移送管と、前記閉回路に介装されて冷媒を送る冷媒ポンプとを備えた半導体装置の冷却装置であって、
放熱器の形状を略Ｕ字形状に形成するとともに、放熱器の両端部が放熱用ファンに近接または接触するように配設し、前記放熱器の略Ｕ字形状内の凹部空間に、前記吸熱器以外の構成部品を収納したことを特徴とする半導体装置の冷却装置。
【請求項３】
吸熱器以外の構成部品が冷媒を移送する冷媒ポンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の冷却装置。
【請求項４】
吸熱器が冷媒を蒸発させて熱を吸収する蒸発器であり、放熱器が冷媒を凝縮させて熱を放散させる凝縮器であることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の半導体装置の冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の冷却装置に関し、特にマイクロプロセッサなどの高発熱の半導体装置を冷却する場合に適した半導体装置の冷却装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ、ＭＰＵ）などの半導体装置（半導体素子ともいう）の集積度が極めて高くなり、それに伴って発熱量が増大し、このため、半導体装置には冷却装置が具備されている。
【０００３】
この種の従来の半導体装置としては、半導体装置の発熱量に応じて、半導体装置の表面に放熱板を単に貼り付けてなるヒートシンクによる自然空冷、ヒートシンクに風を送り込む強制空冷、ヒートシンクとヒートパイプとを組み合わせた強制空冷、さらには水などの液体の顕熱を利用した液冷方式（例えば特許文献１等）などの、各種方式が用いられている。
【０００４】
特に高発熱の半導体装置に対する冷却方法として、冷媒を循環させる冷凍サイクルを使用した例が大型コンピュータなどで実施されている。この半導体装置の冷却装置は、図４に簡略的に示すように、高発熱の半導体装置１に蒸発器２を接触させて設置し、蒸発器２で加熱されたガス液混合の冷媒を凝縮器３において軸流ファンからなる放熱用ファン４による強制空冷で凝縮液化させて冷媒ポンプ５で送るように構成されている。この構成によれば、半導体装置１の発熱を冷媒の蒸発潜熱で取り去るので、比較的コンパクトな蒸発器２で良好に冷却できる利点がある。しかし、取り去った熱量を最終的に大気へ放出する役目を持つ凝縮器３では、発熱量に応じて十分な熱交換を行うために凝縮器３の表面積を大きくし、しかも高流速で送風することが必要となる。この場合に、限られた空間の中で効率よく放熱するために凝縮器３と放熱用ファン４とは一般的に、ほぼ密着した状態で設置している。なお、図４において、実線の矢印は冷媒の流れを示し、点線の矢印は放熱用ファン４による空気の流れを示している。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２１９７５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図４に示すように、凝縮器３と放熱用ファン４とを密着した状態で設置すると、軸流ファンで構成される放熱用ファン４の構成上、放熱用ファン４の中央部は殆ど送風に寄与せず、送風量の大部分が周辺部で行われるため、凝縮器３に対して送風むらが発生して効率のよい熱交換ができないという欠点を生じる。
【０００７】
これに対処する方法としては、設置空間としては比較的大きなスペースが必要となるものの、図５に示すように、凝縮器３と放熱用ファン４との間に所定距離をあけて空間を形成するダクト６を設け、このダクト６により、放熱用ファン４からの空気を前記空間部を通して凝縮器３へ導くことが考えられる。このように、凝縮器３と放熱用ファン４との間にダクト６を設けて所定距離だけ空間をあけて配置すると、放熱用ファン４からの送風が凝縮器３に達するまでに送風むらが改善された流れとなる。この結果、凝縮器３において効率的に熱交換でき、ひいては、半導体装置１を極めて良好に冷却することができると考えられる。
【０００８】
しかし、この構成をそのまま用いた場合には、単に設置空間に関して考察すると、図５に示すようにダクト６を設けない場合と比較して、ダクト６分の設置スペースが増加するので、半導体装置の冷却装置としての機器全体の設置スペースが多大となってしまう。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、放熱用ファンと凝縮器などの放熱器との間に、送風むらをなくす距離を保持できながら、機器全体をコンパクトにまとめることのできる半導体装置の冷却装置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明の請求項１記載の半導体装置の冷却装置は、凝縮器などの放熱器と放熱用ファンとの間に空間を形成するように配置させた状態で放熱用ファンからの送風空気を放熱器へ導くダクトを設け、このダクト内に、吸熱器以外の構成部品、例えば、冷媒ポンプを収納したことを特徴とする。
【００１１】
この構成により、凝縮器などの放熱器と放熱用ファンとの間に、ダクトを設けたので、放熱器に対して送風むらを生じることなく送風できて放熱器での熱効率を向上させることができるだけでなく、ダクト内に、吸熱器以外の構成部品、例えば、冷媒ポンプを収納したので、この冷媒ポンプなどの構成部品をダクト外に配設した場合に比較して、機器全体の設置スペースを少なくすることができる。
【００１２】
また、本発明の請求項２記載の半導体装置の冷却装置は、放熱器の形状を略Ｕ字形状に形成するとともに、放熱器の両端部が放熱用ファンに近接または接触するように配設し、前記放熱器の略Ｕ字形状内の凹部空間に、前記吸熱器以外の構成部品を収納したことを特徴とする。
【００１３】
この構成により、放熱器の形状を略Ｕ字形状に形成し、放熱器の両端部が放熱用ファンに近接または接触するように配設したので、放熱器と放熱用ファンとの間に空間部を形成することができ、この結果、放熱器に対して送風むらを生じることなく送風できて放熱器での熱効率を向上させることができる。また、放熱器の略Ｕ字形状内の凹部空間に、吸熱器以外の構成部品、例えば、冷媒ポンプを収納したので、この冷媒ポンプなどの構成部品を他の箇所に配設した場合に比較して、機器全体の設置スペースを少なくすることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１に概略的に示すように、本発明の実施の形態にかかる半導体装置の冷却装置は、コンピュータのＭＰＵからなる半導体装置（半導体素子ともいう）１の例えば真上に密着して熱結合され、内部の冷媒に吸熱させる吸熱器としての蒸発器２と、この蒸発器２からの冷媒蒸気（実際には、気液二相流のガス液混合状態である）を、冷媒蒸気移送管７を介して導き、冷媒を放熱させる放熱器としての凝縮器３と、この凝縮器３に冷却用空気を送って冷却する放熱用ファン（より詳しくは、回転軸方向に送風する放熱用軸流ファン）４と、凝縮器３で凝縮された冷媒液を蒸発器２に移送する冷媒液移送管８と、この冷媒液移送管８の途中に介装されて冷媒液を送る冷媒ポンプ５とを備えており、これらの蒸発器２、冷媒蒸気移送管７、凝縮器３、冷媒液移送管８および冷媒ポンプ５が順に接続されて閉回路を構成している。
【００１５】
また、これらの構成に加えて、この冷却装置においては、凝縮器３と放熱用ファン４との間に、所定距離をあけて空間を形成するように配置させた状態で放熱用ファン４から送られる空気を凝縮器３へ導く略筒形状のダクト６を設けている。そして特に、このダクト６内に冷媒ポンプ５を収納している。
【００１６】
なお、冷媒としては、例えば、Ｒ１３４ａなどの代替フロンまたは水を用いるとよいが、これに限るものではない。また、図１において、冷媒の流れを実線の矢印で示し、放熱用ファン４による空気の流れを点線の矢印で示す。
【００１７】
この構成によれば、凝縮器３と放熱用ファン４との間にダクト６を設けて所定距離だけ空間をあけるように配置したので、放熱用ファン４からの送風が凝縮器３に達するまでに送風むらが改善された流れとなり、凝縮器３において良好に熱が放散されて熱効率が向上し、ひいては、半導体装置１を極めて良好に冷却することができ、信頼性が向上する。
【００１８】
しかも、ダクト６内に冷媒ポンプ５を収納したので、この冷媒ポンプ５をダクト６外に配設した場合に比較して、冷媒ポンプ５の体積分だけ、半導体装置１および冷却装置が設けられている機器全体の設置スペースを少なくすることができてコンパクトにまとめることができる。さらに、冷媒ポンプ５自体も、ダクト６内を通過する空気により冷却されるので、冷媒ポンプ５の信頼性も向上し、ひいては冷却装置としての信頼性も向上する。
【００１９】
図２、図３は本発明の他の実施の形態にかかるもので、この半導体装置の冷却装置では、凝縮器３の形状が所定方向から見て（例えば平面視して）略Ｕ字形状となるように形成されているとともに、凝縮器３の両端部が放熱用ファン４の両端部に近接するように配設している（また、これに代えて、放熱用ファン４としてさらに左右に長いものを用いて凝縮器３の両端部が放熱用ファン４の両端部に当接するように配設してもよい）。そして、凝縮器３の略Ｕ字形状内の凹部１０に冷媒ポンプ５が収納されている。なお、略Ｕ字形状の凝縮器３によって覆われていない面（例えば上下面）は平板状のカバー１１で覆われており、放熱用ファン４で送られる空気は、全て凝縮器３を通過するように配置されている。
【００２０】
ここで、凝縮器３としては、図３（ａ）に示すように、一般的なチューブをフィンに蛇行状に通したマイクロチャネル形式のものや、図３（ｂ）に示すように、マイクロチューブを通した扁平ブロックを適当間隔毎に複数設けて、これらの間にフィンを配設した形式のものを用いるとよいが、これらの形式に限るものではなく、その他の形式のものでもよいことはもちろんである。
【００２１】
この構成によれば、凝縮器３の中央部から屈曲する両端部分と、カバー１１とにより、前記実施の形態のダクト６と同様な働きがなされ、凝縮器３の中央部と放熱用ファン４との間に所定距離があけられて空間部が形成される。この結果、上記実施の形態と同様に、凝縮器３に対して送風むらを生じることなく送風できて凝縮器３での熱効率を向上させることができる。
【００２２】
さらに、上記構成によれば、凝縮器３の形状が略Ｕ字形状であるので、凝縮器３ならびに放熱用ファン４が設けられている箇所の幅Ｗを小さくできて、コンパクト化させることができながら、凝縮器３の表面積を増大させることができるので、放熱量も増加させて良好な熱効率を確保することができる。そして、凹部１０に冷媒ポンプ５を収納することにより、上記実施の形態と同様に、この凹部１０外に冷媒ポンプ５を配設した場合と比較して、冷媒ポンプ５の体積分だけ、半導体装置１および冷却装置が設けられている機器全体の設置スペースを少なくすることができてコンパクトにまとめることができる。
【００２３】
なお、上記実施の形態においては何れも、ダクト６内や凹部１０内に、冷媒ポンプ５を収納した場合を述べたが、例えば、冷媒ポンプ５に加えて、冷媒ポンプ５や放熱用ファン４の回転等を制御する制御装置を収納したり、前記制御装置のみを収納したりしてもよく、この場合でも、制御装置（吸熱器以外の構成部品としての一例）を他の箇所に配設する場合に比べて、コンパクト化することができる。また、特に、前記制御装置を、ダクト６内や凹部１０内に配置すると、制御装置が高温になることを防止できて、制御装置としての信頼性も向上する利点がある。
【００２４】
また、上記実施の形態では、熱を吸収する吸熱器が、冷媒を蒸発させる蒸発器２であり、熱を外部に放出する放熱器が冷媒を凝縮させる凝縮器３である場合を述べ、この場合には、半導体装置１の発熱を冷媒の蒸発潜熱で取り去るので、比較的コンパクトな蒸発器２で良好に冷却できる利点があるが、これに限るものではなく、単に、冷媒を液体状態で使用して熱を吸熱したり放出したりする熱交換システムにも適用可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、凝縮器などの放熱器と放熱用ファンとの間に空間を形成するダクトを設け、このダクト内の空間に冷媒ポンプなどの構成部品を収納したことにより、放熱器に対して送風むらを生じることなく送風できて放熱器での熱効率を向上させることができるだけでなく、機器全体の設置スペースを少なくすることができてコンパクトにまとめることができる。
【００２６】
また、放熱器の形状を略Ｕ字形状に形成することによっても、放熱器に対して送風むらを生じることなく送風できて放熱器での熱効率を向上させることができ、さらに、放熱器の略Ｕ字形状内の凹部空間に、冷媒ポンプなどの構成部品を収納したことにより、機器全体の設置スペースを少なくすることができてコンパクトにまとめることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体装置の冷却装置を概略的に示す図である。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る半導体装置の冷却装置を概略的に示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ同半導体装置の冷却装置における凝縮器および冷媒ポンプの斜視図である。
【図４】従来の半導体装置の冷却装置を概略的に示す図である。
【図５】その他の従来の半導体装置の冷却装置を概略的に示す図である。
【符号の説明】
１      半導体装置（半導体素子）
２      蒸発器（吸熱器）
３      凝縮器（放熱器）
４      放熱用ファン
５      冷媒ポンプ
６      ダクト
７      冷媒蒸気移送管
８      冷媒液移送管
１０    凹部
１１    カバー（ダクト）
【図１】
2005019903.tif 000003
【図２】
2005019903.tif 000004
【図３】
2005019903.tif 000005
【図４】
2005019903.tif 000006
【図５】
2005019903.tif 000007